Kas pooljuhtreleesid saab kasutada ilma jahutusradiaatorita?

Lühike vastus: Jah, aga

Jah, saate kasutada pooljuhtreleed (SSR) ilma jahutusradiaatorita. Kuid ainult väga konkreetsetel tingimustel, mida saate arvutada. See pole oletusmäng. See on soojusanalüüsil ja riskianalüüsil põhinev tehniline otsus.

Saate SSR-i käitada ilma jahutusradiaatorita, kui teil on madal{0}}toitekoormus, rakendused, mis lülituvad kiiresti sisse ja välja, või jahedas keskkonnas.

Kui teie olukord ei vasta nendele kitsastele tingimustele, peate ülekuumenemise ja komponentide rikke vältimiseks arvutama.

Miks SSR-id soojust tekitavad?

Tahkis{0}}releed ei ole täiuslikud lülitid. Nende sisemistel osadel, nagu MOSFET-id või TRIAC-id, on sisselülitamisel väike takistus.

MOSFET{0}}põhistes alalisvoolu SSR-ides kutsutakse seda -olekutakistusse (RDS(sees)). TRIAC-põhistes vahelduvvoolu SSR-ides kuvatakse see päripinge langusena (Vf).

Kui vool läbib SSR-i, põhjustab see takistus või pingelang võimsuse kadu. Kaotatud võimsus muutub soojuseks.

Põhisuhe on lihtne: soojus võrdub pingelanguga SSR-i ja seda läbiva vooluga. See soojus peab väljuma SSR-i sisemisest ristmikust, vastasel juhul ületab temperatuur maksimaalse ohutu piiri.

Kujutage ette lihtsat vooluahelat koos toiteallika, SSR-i ja koormusega. Kui vool liigub läbi SSR-i, tekib SSR-i klemmidel selle sisemise takistuse tõttu väike pingelang. See on täpselt koht, kus soojus hakkab kogunema.

Kuumuse kvantifitseerimine

Võtmejõu valem

Selleks, et välja selgitada, kas vajate jahutusradiaatorit, peate esmalt arvutama, kui palju soojust SSR tekitab. See samm pole valikuline.

Enamiku TRIAC{0}}põhiste vahelduvvoolu-pooljuhtreleede puhul on matemaatika lihtne:

Toide (vatti)=sees-oleku pingelangus (V_f) * koormusvool (amprites)

Sisselülitatud-oleku pingelang on SSR-i andmelehe põhispetsifikatsioon. Tüüpiliste TRIAC-põhiste SSR-ide puhul jääb see vahemikku 1,0 V kuni 1,6 V ja jääb erinevate voolude korral üsna konstantseks.

MOSFET-i{0}}põhiste alalisvoolu SSR-ide puhul töötab teistsugune valem paremini, kasutades sisselülitatud-olekutakistust:

Võimsus (vatti)=(laadimisvool)^2 * sees-olekutakistus (RDS(sees))

RDS(on) väärtused leiate ka andmelehel. Tavaliselt on need vaid mõned millioomid (mΩ).

Praktiline näide

Töötame läbi levinud stsenaariumi vahelduvvoolupaneeli-kinnitusega SSR-iga.

Oletame, et SSR-i andmelehel on tüüpiline sisselülitatud{0}}pingelangus 1,2 V. Soovite vahetada takistuslikku kütteseadet, mis tarbib 5 amprit.

Kasutades valemit:

Võimsuse hajumine=1.2V * 5A=6 vatti

See tulemus tähendab, et SSR toodab 6 vatti soojust igas aktiivses sekundis. See soojus peab pidevalt SSR-i pooljuhtide ristmikust eemalduma ja pääsema ümbritsevasse õhku. Kui see ei suuda tõhusalt põgeneda, tõuseb SSR-i sisetemperatuur seni, kuni see ebaõnnestub.

Soojustakistuse mõistmine

Soojuse eemaldamine järgib termilise takistuse (Rth) kontseptsiooni, mõõdetuna Celsiuse kraadides vatti kohta (kraad /W). See näitab, kui palju komponendi temperatuur tõuseb iga genereeritud soojusvati kohta.

On olemas mitu soojustakistuse väärtust, millest igaüks esindab erinevat osa soojusteest allikast välisõhku.

Ilma jahutusradiaatorita on kõige olulisem väärtus Junction-to-Ambient soojustakistus (Rth-ja). See tähistab kogu takistust soojusvoolule sisemisest pooljuhtide ristmikust otse ümbritsevasse õhku. See väärtus on tavaliselt kõrge, mistõttu on raske vabaneda olulisest kuumusest.

Kui te jahutusradiaatorit ei kasuta, liigub soojus ristmikult korpusesse, seejärel korpusest välisõhku. Kogu soojustakistus on võrdne Rth-jc pluss Rth-ca (Case-to-Ambient).

Otsustavad tegurid

1. tegur: koormusvool

Koormusvool on soojuse tekke peamine põhjus. Nagu võimsusvalemid näitavad, suureneb soojus vahelduvvoolu SSR-i puhul otse vooluga ja alalisvoolu SSR-ide puhul voolu ruuduga.

Madalam koormusvool tähendab vähem soojust, mistõttu on tõenäolisem, et SSR töötab ilma jahutusradiaatorita.

Ligikaudne reegel viitab sellele, et paljud standardse paneeli{0}}kinnitusega SSR-id taluvad 1–2 amprit vabas õhus toatemperatuuril ilma jahutusradiaatorita.

Kuid see on lihtsalt lahtine juhis. Ärge kunagi kasutage seda õigete soojusarvutuste asemel, mis põhinevad teie konkreetsel SSR-i andmelehel ja rakenduse töötingimustel.

2. tegur: ümbritseva õhu temperatuur

Ümbritseva õhu temperatuur (Ta) on kõigi temperatuuritõusude mõõtmise lähtepunkt. See on õhutemperatuur SSRi ümbruses.

Igal SSR-il on maksimaalne ristmikutemperatuur (Tj max), sageli umbes 125 kraadi, mida te ületada ei saa. Kõrgem ümbritseva õhu temperatuur tähendab vähem ruumi temperatuuri tõusuks enne selle piiri saavutamist.

Oluline ümbritseva õhu temperatuur on teie juhtpaneeli või korpuse sees, mitte toatemperatuur väljaspool. Suletud, ülerahvastatud korpus võib kergesti töötada 20 kraadi või rohkem üle välistemperatuuri.

3. tegur: töötsükkel ja sagedus

Olulist rolli mängib ka laadimise ajastus. Pidevalt sisse lülitatav SSR (100% töötsükkel) loob pideva kuumuse.

Kui SSR töötab ainult lühikesi perioode pikkade väljalülitusaegadega, on keskmine võimsus palju väiksem. Väljalülitusaeg laseb SSR-il jahtuda, kõrvaldades potentsiaalselt vajaduse jahutusradiaatori järele isegi suurema tippvoolu korral.

Vahelduvvoolu SSR-ide puhul minimeerib null{0}}ristimise lülitustehnoloogia loomulikult lülituskadusid, seega on sagedusel vähem tähtsust. Kõrge sagedusega impulss-

4. tegur: paigaldamine ja suund

SSR-i korpus ja kinnitus võivad aidata jahutamisel. SSR-i alusplaadi paigaldamine otse suurele värvimata metallist šassiile või alampaneelile võimaldab sellel metallil töötada põhilise jahutusradiaatorina läbi juhtivuse.

Esmase-kogemuse põhjal oleme näinud, kuidas süsteemid ebaõnnestuvad, kui SSR paigaldati plastikust DIN-liistu adapterile või plastpinnale, mis katkestas täielikult soojusülekande. Isegi väike metallist kinnitusklamber võib täieliku isolatsiooniga võrreldes oluliselt erineda.

Orientatsioon mõjutab ka loomulikku konvektsiooni. SSR-i vertikaalselt paneelile paigaldamine laseb õhul vabamalt voolata üle selle pindade, kandes soojust paremini ära kui horisontaalselt tasapinnaliselt paigaldades.

SSR-i alandamise kõverate lugemine

Mis on alandamise kõver?

Termilise vähenemise kõver on ilmselt kõige olulisem graafik soojusjuhtimise SSR-i andmelehel. See annab teile otsese visuaalse vastuse selle kohta, kui palju voolu suudab SSR erinevatel töötemperatuuridel ohutult taluda.

Graafik näitab maksimaalset lubatud koormusvoolu vertikaalteljel (Y) ümbritseva õhu temperatuuri suhtes horisontaalteljel (X).

Tavaliselt näitab andmeleht samal graafikul mitut kõverat. Üks kõver näitab SSR-i võimekust ilma jahutusradiaatorita, samas kui teised kõverad näitavad paremat jõudlust konkreetsete soovitatud jahutusradiaatoritega.

Kuidas kõverat lugeda

Vähendamiskõvera kasutamine on lihtne. See muudab andmelehe teabe teie disaini jaoks selgeteks tööpiiranguteks. Käime läbi näite.

Kujutage ette, et vaatate 25A SSR-i vähendamise kõverat. Graafik näitab mitut rida, sealhulgas üht, millel on silt "Jahutusradiaator puudub".

1. samm: leidke oma ümbritseva õhu temperatuur.Esmalt määrake halvimal juhul{0}}juhtumikorpuses olev ümbritseva õhu temperatuur. Oletame, et see on kuum keskkond 60 kraadi juures. Leidke 60 kraadi horisontaalteljel (X).

2. samm: tuvastage õige rida.Leidke mitme näidatud kõvera hulgast konkreetne rida ilma jahutusradiaatorita töötamiseks.

3. samm: leidke maksimaalne vool.Alates 60-kraadisest punktist X-teljel tõmmake vertikaalne joon, kuni see vastab kõverale "Jahutusradiaator puudub". Sellest ristumiskohast tõmmake horisontaaljoon vertikaalsele (Y) teljele.

4. samm:Tõlgendadatulemus.Väärtus, millele see joon Y-teljel osutab, on absoluutne maksimaalne koormusvool, mida SSR suudab taluda 60 kraadi juures ilma jahutusradiaatorita. Tüüpilises näites võib see olla ainult 3 amprit, mis on väike osa SSR-i nominaalsest 25A võimsusest.

Looge alati ohutusvaru. Kui kõver näitab piiriks 3,0 A, on tahke konstruktsiooni maksimaalne töövool 2,4 A (80% vähenemine) või vähem. See marginaal arvestab ootamatuid muutujaid, nagu pingemuutused, väikesed õhuvooluprobleemid ja komponentide vananemine, tagades süsteemi pikaajalise töökindluse.

Tõelised-maailma termilised lõksud

Lõks 1: korpuse õhuvool

Levinud disainiviga on soojusarvutuste tegemine, eeldades "vaba õhu" tingimusi, kui SSR paigaldatakse suletud, tihedalt pakitud elektrikilpi.

Mitme soojust tootva seadmega (toiteallikad, VFD-d, muud releed){0}}suletud korpuses olev õhk ei püsi toatemperatuuril. Sisemine ümbritsev temperatuur tõuseb, mõnikord oluliselt, vähendades iga sisemise komponendi jahutuse efektiivsust.

Disain alati tegeliku töökeskkonna jaoks. Kui korpus on suletud ja sisaldab mitut vatti soojust, modelleerige sisetemperatuuri tõus või mõõtke seda prototüübis. Kaaluge ventilatsiooni- või kapiventilaatorite lisamist, kui arvutatud sisemine välistemperatuur kahjustab komponentide töökindlust.

Lõks 2: soojusallika lähedus

Soojusjuhtimine peab arvestama kogu süsteemiga. See, kuhu SSR-i paneeli asetate, on sama oluline kui paneeli üldine temperatuur.

Sage viga on SSR-i paigaldamine otse mõne muu suure soojusallika, näiteks muutuva sagedusega ajami, suure toiteallika või suure{0}}võimsusega piduritakistite kõrvale või kohale.

Lähedal asuva komponendi soojus kiirgab ja voolab SSR-i, tõstes kunstlikult selle kohalikku ümbritsevat temperatuuri ja kahjustades selle võimet end jahutada. Ühe meeldejääva väljatõrke korral ebaõnnestusid SSR-id hoolimata madalast koormusvoolust. Algpõhjus oli otse nende alla paigaldatud suur võimsustakisti. Kasvav kuumus kuumutas SSR-id üle, lükates need üle nende nominaalse ümbritseva õhu temperatuuri.

Kaardistage oma paneeli paigutuses peamised soojusallikad ja tagage termiliste häirete vältimiseks piisav füüsiline vahe.

Lõks 3: Vale paigaldus

Kui kasutate passiivseks jahutamiseks metallist šassii või alampaneeli, on paigalduspinna kvaliteet kriitilise tähtsusega.

Värvi-, pulbervärvi- ja anodeerimiskihid on tõhusad soojusisolaatorid. Need loovad tõkke, mis blokeerib oluliselt soojusvoo SSR-i alusplaadilt metallpaneelile.

Parima soojusülekande tagamiseks peab kinnituspind olema tühi, puhas ja tasane metall. Kuigi see on ametliku jahutusradiaatori kasutamisel kõige olulisem, jääb see heaks tavaks isegi šassii kasutamisel jahutusradiaatorina. See väike samm võib pakkuda kasulikku soojusvaru.

Lõks 4: Thermal Grease müüt

Insenerid usuvad mõnikord ekslikult, et termopasta või termopadja kandmine SSR-i alusele aitab sellel jahtuda isegi ilma jahutusradiaatorita. See on vale.

Termiliidese materjal (TIM), nagu määre või padjad, teeb ühte asja: täidab pisikesed õhuvahed kahe sileda ja kindla pinna vahel (nagu SSR alusplaat ja jahutusradiaator). Õhk juhib soojust halvasti ja TIM asendab selle materjaliga, mis juhib soojust palju paremini.

Selle ülesanne on parandada soojusjuhtivust tahkete ainete vahel. See ei paranda midagi soojuse konvektsiooni ega pinnalt õhku eralduvat kiirgust. Termomäärde kandmine SSR-ile ja selle vabasse õhku jätmine ei avalda märkimisväärset jahutavat mõju.

Järeldus: lõplik otsus

Võtmed kaasavõtmiseks

Otsus kasutada pooljuhtreleed ilma jahutusradiaatorita{0}}peab olema tahtlik ja andmetega toetatud. See ei ole nurk, mida ilma analüüsita kulude kokkuhoiu nimel kärpida. Hõivatud inseneri jaoks taandub protsess neljale põhiprintsiibile.

Arvutage alati. Ärge kunagi arvake ega tugine rusikareeglitele. Kasutage oma konkreetse rakenduse soojuskoormuse kvantifitseerimiseks võimsuse hajumise valemeid (P=V*I või P=I^2*R).

Usaldage odavnemiskõverat. See SSR-i andmelehel olev graafik on teie kõige olulisem tööriist. See annab kindla vastuse praeguse-käsitlemisvõime kohta teie konkreetsel ümbritseval temperatuuril.

Mõelge kogu süsteemile. Efektiivne ümbritsev temperatuur, korpuse õhuvool ja lähedus teistele soojusallikatele on sama olulised kui SSR-i enda koormusvool.

Kui kahtlete, kasutage jahutusradiaatorit. Õige suurusega jahutusradiaatori maksumus on peaaegu alati väike, võrreldes süsteemirikke, planeerimata seisakute, seadmete kahjustuste ja kohapealsete teeninduskõnede kuludega.

Teie tee usaldusväärsuseni

Tahkis{0}}releed on märkimisväärselt võimsad ja usaldusväärsed komponendid, kui austate nende töönõudeid. Nende soojusjuhtimise mõistmine ja valdamine on nende täieliku potentsiaali vabastamise võtmeks.

Liikudes arvamiselt arvutamisele, tagate, et teie disain pole mitte ainult funktsionaalne, vaid ka vastupidav. See hoolsus on turvalise,-kestva ja töökindla automatiseeritud seadmete ehitamise aluseks.

Vaata ka

Mis on relee sissetõmbepinge? Inseneri juhend 2025

Mida tähendavad relee sissetõmbe- ja vabastuspinge?

Relee tootmisprotsess ja testimise voog

Kuidas teha vahet relee normaalselt avatud ja normaalselt suletud kontaktidel